人造血液的科學思路
壹種是利用乳化了的全氟碳制劑，即全氟碳乳劑，通過溶解氧的方式來完成血氧代謝。這種化學制劑結構簡單，運用方便，且有很高的溶解氧能力，可以實現更大範圍的醫療輔助。
另壹種思路是模擬人體血液中血紅蛋白的攜氧機制，羅馬尼亞科學家拉杜教授設計出的人造血液采用的便是這種設計思路。這類人造血液有著較好的生理相容性，輸血後產生的排異反應和免疫反應較小。以往的人造血液由於缺少自然血液中所必需的生化組分，其血氧解離曲線（壹種描述攜氧能力的關系圖）與正常生理情況不壹致。
人造血紅蛋白在無細胞的環境下，化學性質很不穩定，對血液滲透壓影響也較大，且有壹定的腎毒性，而拉杜教授的最新研究成果，既可以很好地模擬生理環境下的血液攜氧機制，又能保持壹定的化學穩定性，從而降低了腎毒性和對血壓的擾動。這種人造血液的最新動物全血置換實驗已取得了較好的結果， 有望用於臨床試驗。
碳氟化物
碳氟化物（PFC）的化學結構類似鐵氟龍（聚四氟乙烯），主要是由碳原子與氟原子所組成。在我們日常生活中，炒菜鍋的內面常鍍上壹層鐵氟龍，主要是因為鐵氟龍化性相當穩定，且由於它的表面能很低，可以防止煎魚或煎蛋時易沾鍋的現象。碳氟化物不但化學性質穩定，在生物體內也相當安定，在做成人工替代血液的過程中以及高溫滅菌與後續的產品保存期間也都相當穩定。
對於氧氣來說，碳氟化物是壹個相當好的溶劑，可以自肺裏攜帶氧氣至人體內的各部分組織與器官，讓細胞進行新陳代謝。在執行完它的輸氧功能之後，碳氟化物又可經由呼吸作用自肺排出，或經由排汗的過程由皮膚表面排出。
假如我們將壹只老鼠放在盛有碳氟化物溶液的燒杯裏，老鼠並不會如我們被淹死，主要的原因是可以溶解大量的氧氣。由於碳氟化物不溶於水，所以通常是以乳化的方法將其制成大約200納米大小的顆粒分散液，再以點滴的方式註入病人的靜脈裏。與人體紅血球的尺寸（1～8微米）相比，經乳化後的碳氟化物納米顆粒相當小，其攜帶氧氣的面積可以大幅提高，且可以穿過紅血球無法通過的阻塞血管，達到實時救命的目的。碳氟化物仍在臨床試驗的階段。
經化學修飾的血紅素
血紅素的分子量約為64,50 dalton，主要存在於紅血球中，由四個勝肽鏈所組成，分別為二個α鏈與二個β鏈，每壹個α鏈由14個氨基酸所組成，而β鏈則為146個氨基酸所組成。每條α鏈及β鏈上皆有壹個原血紅素基與之相連，其中的亞鐵離子（Fe2+）可以利用配位鍵的方式與壹個氧分子結合，能夠可逆地行使攜氧與釋氧的功能，因此每壹個血紅素分子最多可以攜帶四個氧分子。
在人體內，當紅血球行經肺臟時，由於肺泡裏的氧分壓高達100毫米汞柱（mmHg），使得紅血球裏的每壹血紅素分子可以充分地攜帶氧氣。當攜氧的紅血球行經人體的各部分組織或器官時，由於氧分壓降至約40毫米汞柱，紅血球裏的血紅素分子便將其所攜帶的氧分子釋放出來，以參與附近細胞的新陳代謝作用。血紅素與氧分子的親和力，與紅血球內的壹重要分子（2,3-DPG）有相當密切的關系。
經由純化過程所取得的血紅素溶液，由於紅血球被打破，造成2,3-DPG分子的流失，導致血紅素對氧的親和力過高，而降低了其在人體組織或器官中的釋氧功能。因此若以血紅素為基質來制備人工替代血液，必須對純化出來的血紅素溶液做適當的物理或化學修飾，以符合人體的生理要求。當前以血紅素為基材發展的人工替代血液，大致可分為包覆型人工替代血液、基因重組型人工替代血液與聚合型人工替代血液等。
a，包覆型人工替代血液：以磷脂質經由乳化技術將血紅素包覆起來，形成直徑約100～200奈米大小的顆粒，如此可以避免血紅素在體內被快速分解掉，增加其在人體血液循環中的半衰期，且在人體膠體滲透壓的限制下，可以有正常的血紅素濃度。在包覆過程中同時也把2,3-DPG分子包覆在磷脂質裏面，以調控血紅素分子對氧分子的親和力。
b，基因重組型人工替代血液：主要是利用基因技術，將血紅素的α或β鏈的基因轉殖到大腸桿菌裏面，由大腸桿菌來表現，制造出血紅素分子。利用基因技術可以改變α或β鏈上某些特定的氨基酸，例如將β鏈上第108個氨基酸，由原來的天門冬胺酸改變成離胺酸，可以使得血紅素對氧的親和力降低。
c，聚合型人工替代血液：又可分為分子內部交聯型血紅素、分子與分子間交聯型血紅素與***軛交聯型血紅素。
1.分子內部交聯型血紅素：血紅素分子內部的交聯可以用PLP（pyridoxyl 5'-phosphate）分子代替2,3-DPG分子，做為修飾血紅素對氧分子親和力的交聯劑。由於PLP和2,3-DPG對脫氧狀態的血紅素分子結合的位置相同，因此可以穩定其去氧結構，使血紅素對氧的親和力降低。這樣的分子內部交聯也同時穩定了血紅素的四聚體結構，避免在人體血液循環過程中被快速分解掉，因此可以改善血紅素分子在人體內滯留的半衰期。
2.分子與分子間交聯型血紅素：分子內部交聯後的血紅素分子，若進壹步以另壹交聯劑將血紅素分子與分子間交聯起來，則可以有效地增加其在人體血液循環中的半衰期達六至七倍。較常用的交聯劑為戊二醛。
聚合血紅素最重要的就是控制其分子量分布及適當的攜氧能力，較適當的分子量大小約在20萬～40萬dalton，以不超過50萬dalton為佳，也就是相當於二至八個血紅素分子聚合的大小。若聚合程度過高，則聚合後的血紅素溶液黏度會過大，導致血液流變性質的改變。若血紅素分子聚合程度過低，則無法得到適當的攜氧能力以及在人體內的適當半衰期。
然而戊二醛與血紅素分子進行的聚合反應很快，所制造出來的聚合血紅素分子量分布往往相當廣，容易造成許多過聚合的高分子聚合物。此外，戊二醛聚合血紅素無法在儲存及加熱過程中維持穩定結構，容易釋放出對人體有害的戊二醛分子，因此戊二醛並非制造聚合血紅素最佳的交聯劑。
3.***軛交聯型血紅素：利用交聯劑將血紅素分子以***價鍵結的方式鍵結在水溶性高分子鏈上，目的除了增加血紅素分子的體積以減緩血紅素分子由腎絲球體漏出外，亦可避免血液中其它蛋白質的吸附，以降低人體免疫系統的攻擊。